EFEKTÍVNE VYUŽÍVANIE VODNÝCH ZDROJOVV PODMIENKACH PREBIEHAJÚCEJ KLIMATICKEJ ZMENY

(SUCHO A NEDOSTATKY VODY)

17.-18. MÁJ 2016BRATISLAVA

Vývoj disponibilných zdrojov vody pre závlahy v dôsledku sucha

Doc. RNDr. Štefan Rehák, PhD.

Výskumný ústav vodného hospodárstvaNábr. arm. gen. L. Svobodu 5

812 49 Bratislava

Obsah

1. Úvod

2. Vlhkostne deficitné poľnohospodárske výrobné oblasti

3. Zavlažovanie ako súčasť vodohospodárskych činností v povodí

4. Vodné zdroje a odbery vody pre závlahy

5. Dôsledky klimatickej zmeny na závlahové hospodárstvo

6. Záver - adaptačné opatrenia na sucho

1. Úvod Poľnohospodárske výrobné oblasti (PVO)

v rámci povodí

• Každá poľnohospodárska výrobná oblasť - súčasťhydrologického povodia - všetky vodohospodárske činnostiv povodí (odbery, vypúšťanie, atď.) v rámci vodného plánuSlovenska a integrovaného manažmentu povodí

• S inováciou BPEJ (7-miestny kód) - spresnenie vymedzeniaPVO

• Konfrontáciou nárokov plodín na prírodné podmienky s údajmiuloženými v bonitačnom informačnom systéme (BIS)

• Voda ako bezalternatívny produkčný faktor ovplyvňuje stabilitua produkciu agroekosystémov v poľnohospodársky výrobnýchoblastiach.

2. Vlhkostne deficitné poľnohospodárskevýrobné oblasti

• Voda v produkčnom procese - nenahraditeľné a všeobecnémédium transportu a premeny látok a energie

• Oblasti s deficitom pôdnej vody počas vegetačného obdobia –vlhkostne deficitne oblasti Slovenska (kvalitná bonita pôdy, vysokýenergetický príkon)

• Pre optimálny vývoj poľných plodín - úhrny aktuálnejevapotranspirácie sa približujú k úhrnom potenciálnejevapotranspirácie

• Determinujúce kritérium - evapotranspirácia, resp. pomer aktuálneja potenciálnej evapotranspirácie za reprezentatívne obdobie, tzv.relatívna evapotranspirácia (ETa / ETp)

Rozloženie relatívnej evapotranspirácie na území Slovenska

pri optimálnych podmienkach rastu poľných plodín sa úhrny aktuálnej evapotranspirácie len málo líšia od potenciálnej evapotranspirácie, t.j. maximálne možnej evapotranspirácie v daných klimatických podmienkach, ak povrchová koreňová vrstva pôdy obsahuje dostatok vody pre normálny rast poľných plodín (Tomlain, 2006)

WETa = ETp ––– pričom W < Wo

Wo

Z rovnice je zrejmé, že ETa W ETa ––-- = ––– , t.j. ––– je funkciou

vlhkosti pôdy ETp Wo ETp

Relatívna evapotranspirácia ETa / ETp a tiež evapotranspiračný deficit (ETp – ETa) umožňujú kvantifikovať nedostatok vody v pôde pre optimálny rast plodín, t.j. dovoľujú stanoviť množstvo vody potrebnej na závlahy

Vlhkostné charakteristiky a ich výskyt v rámci geomorfologických jednotiek v oblastiach povodí

Vlhkostná charakteristika

Oblasť Typický výskyt

ETa/ ETp ≤ 60 % suchá Podunajská nížina (Podunajská rovina, Podunajská pahorkatina)

60

Vlhkostne deficitne oblasti s reprezentatívnymi meteorologickými stanicami

Oblasť Názov Stanica

I. Podunajská nížina – Juh Hurbanovo, Žihárec

II. Podunajská nížina – SeverČasť Hornonitrianskej kotliny

Bratislava – letisko, Jaslovské Bohunice, Piešťany, Nitra, Prievidza

III. Záhorská nížina Malacky, Myjava

IV. Juhoslovenské kotliny Boľkovce, Rimavská Sobota

V. Východoslovenská nížina Michalovce, Somotor, Čaklov

VI. Košická kotlina Košice, Moldava n. Bodvou

• Oblasť I. Podunajská nížina – Juh je ohraničená izočiarou relatívnejevapotranspirácie 0,6 - najsuchšia oblasť na Slovenskus najväčšou intenzitou poľnohospodárskej výroby.

• Oblasť II. Podunajská nížina – Sever sa rozprestiera medziBratislavou a Šahami na území medzi izočiarami relatívnejevapotranspirácie 0,6 až 0,7. Je to mierne suchá oblasť, v ktorejby mali v budúcnosti prevládať v štruktúre plodín hustosiate obilniny.

• Oblasť III. Záhorská nížina predstavuje mierne suchú oblasťohraničenú izočiarou relatívnej evapotranspirácie 0,7 a hraničnouriekou Morava.

• Oblasť IV. Juhoslovenské kotliny je mierne suchá oblasťohraničená izočiarou relatívnej evapotranspirácie 0,7, od Šiah poLenártovce a hranicou s Maďarskom.

• Oblasť V. Východoslovenská nížina zaberá mierne suchú oblasťohraničenú izočiarou relatívnej evapotranspirácie 0,7 a hranicamis Maďarskom a Ukrajinou.

• Oblasť VI. Košická kotlina tvorí významnú oblasť pre pestovanieovocia a zeleniny pre mestské obyvateľstvo preto v tejto oblasti jepotenciál pre rozvoj závlah –mikrozávlah.

P. č. Názov oblasti Plochaoblasti (ha)

% podiel na celkovej ploche PPF v SR

1. Podunajská nížina - juh 527 362,59 21,872. Podunajská nížina - sever a časť

Hornonitrianskej kotliny485 987,64 20,16

3. Záhorská nížina a Myjavskápahorkatina

191 979,26 7,96

4. Juhoslovenské kotliny 192 598,86 7,995. Východoslovenská nížina 246 108,42 10,216. Košická kotlina 122 767,98 5,09SPOLU 1 766 804,75 73,29

Celková výmera PPF

2 410 812

Výmery vlahovo deficitných oblastí – závlahových

oblastí (Alena et al. 2005; Rehák et al.)

• Vysoká intenzita poľnohospodárskej výroby v nížinných oblastiach -podmienená vysokým slnečným žiarením, prirodzenou úrodnosťou pôdy -vyžaduje aj tomu zodpovedajúcu úroveň vstupov a ďalších produkčnýchfaktorov (hnojív, pesticídov, vysokovýkonných osív).

• Voda je významným faktorom produkčného procesu, ktorý dokážemev poľnohospodárskej sústave čiastočne regulovať vo výrobných oblastiach,ktoré sú vlhkostne deficitné počas celého vegetačného obdobia.

Vlhkostne deficitné oblasti - nížinné územia Slovenska - charakteristické ročnýmizrážkovými úhrnmi nižšími ako sú ročné úhrny potenciálnej evapotranspirácie(ETp). (predovšetkým kukuričná výrobná oblasť)

Zvyšovanie rozdielov medzi zrážkovými úhrnmi a úhrnmi potenciálnejevapotranspirácie zvyšuje citlivosť územia na sucho

Pri zložitých pôdnych podmienkach - značná závislosť zložiek vodnej bilancieúzemia od prejavov klimatickej zmeny (piesčité pôdy, hlinité, fyzikálne sucho,a fyziologické sucho)

• Oblasti I až VI sú citlivé na výskyt bezzrážkovýchobdobí, kedy dochádza ku vzniku sucha ohrozujúcehopoľnohospodársku produkciu.

• Bezzrážkovým obdobím - obdobie bez zrážok s trvaním5 dní a viac, pokiaľ periódu sucha neprerušia dni sozrážkovými úhrnmi vyššími ako 3 mm.

• Zo súborov údajov boli spočítané periódy bez zrážokv trvaní 5-9 dní, 10-14 dní, 15-19 dní a viac ako 20 dní(t.j. BZO5 BZO10, BZO15 a BZO20).

• Na základe retrospektívneho sledovania a hodnoteniaBZO má počas vegetačného obdobia na vznik pôdnehosucha v poľnohospodárskych výrobných oblastiachdominantný vplyv výskyt extrémnych bezzrážkovýchčasových periód.

•

Počet výskytov bezzrážkových dní v rozsahu 10 až 14 dní za tridsať ročné obdobie, t.j. roky

1970 až 2009, relevantných ku kukuričnej výrobnej oblasti

y = 0,0169x + 4,8038

R2 = 0,0108

0

2

4

6

8

10

12

1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009

rok

po

cet

vy

sky

tov

BZ

O 1

0-1

4

Počet výskytov bezzrážkových dní v rozsahu nad 20 dní za tridsať ročné obdobie, t.j. roky

1970 až 2009, relevantných k kukuričnej výrobnej oblasti

y = 0,0007x + 2,3115

R2 = 3E-05

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009

rok

po

cet

vy

sky

tov

BZ

O >

20

Výskyt sucha vo vlhkostne deficitnych oblastiach

• Tvorba poľnohospodárskeho, pôdneho sucha - doménabezzrážkového obdobia vo vlhkostne deficitných oblastiach.

• Jeho parametrizácia, t.j. frekvencia výskytu a dĺžka trvania - kľúč kukvantifikácii pôdneho sucha počas hydrologického rokavo výrobných oblastiach.

• BZO sú významným fenoménom klimatickej zmeny.

• Nie je možné nájsť nejaký pravidelný výskyt BZO.Majú stochastický charakter.

3. Zavlažovanie ako súčasť vodohospodárskych činností v povodí

V rámci vodného plánovania sa vyhotovujú plány:• Plány manažmentu povodí (PMP)• Vodný plán Slovenska (VPS)• Plány manažmentu medzinárodných povodí

RSV - právny rámec pre ochranu a zlepšenie stavuvodných ekosystémov a trvalo udržateľné, vyváženéa spravodlivé využívanie vôd.

4. Vodné zdroje a odbery vody pre závlahy

Povrchové vodné zdroje • autochtónne toky (t.j. toky prameniace a tečúce na našom území).

Maximálne prietoky - marec, apríl. Minimálne prietoky - koncom leta, na jeseň a v zime

• alochtónne toky (Dunaj, Poprad a Dunajec). Výskyt maximálnych prietokov je o 2 – 3 mesiace neskôr). Najvyrovnanejší prietokový režim má Dunaj,

Štrkoviská• odkrytá podzemná voda

Malé vodné nádrže • 200 malých vodných nádrží, pre účely závlah.Podpovrchové vodné zdroje• V kvartérnych a v mezozoických štruktúrach - 80 % využiteľných zásob Slovenska

rozdelené na 141 hydrogeologických rajónov (1995). V r. 2004 bolo v rámci Slovenska vyčlenených 101 útvarov podzemných vôd.

• Celková kapacita podzemných vodných zdrojov (2012) 78,94 m3.s-1. Využiteľné zásoby tvorí 47,97 m3.s-1 ,

Malé podzemné vodné zdroje• pramene a vrty s výdatnosťou od 0,2 do 2 l.s-1 . • 6 641 malých vodných zdrojov (MVZ) - 29 286 l.s-1 využiteľného množstva

podzemných vôd

Vodohospodárska bilancia z hľadiska zdrojov závlahovej vody v rámci plánov integrovaného

manažmentu povodí SlovenskaPrincípy kvantitatívnej vodohospodárskej bilancie povrchových vôdPri kvantitatívnej vodohospodárskej bilancii povrchových vôd sa posudzuje vzťah medzi zdrojmi vody (Z) a požiadavkami na vodu (P) v danom priestore (povodie, sieť profilov, resp. výhľadovo sieť vodných útvarov):

Z P

kde Z je označenie pre zdroje a P je označenie pre potrebu vody.

Širší tvar základnej bilančnej rovnice používanej v SR je:

ZP ± ZN ± ZPR P + MQ – Vkde je:ZP – prirodzený zdroj vody,ZN – zmena zdroja spôsobená vodnými nádržami,ZPR – zmena zdroja spôsobená prevodmi vody,P – potreba vody (odbery),MQ – minimálny bilančný prietok,V – vypúšťanie vody do toku.

Bilančné hodnotenie zdrojov vody pre závlahy

Základné bilančné hodnotenie sa posudzuje podľa dvochparametrov:

1. Bilančného stavu vypočítaného z pomeru hodnôt Z/P:ak Z/P 1,1 ide o aktívny bilančný stav.

2. Využiteľnej kapacity zdroja vypočítanej ako rozdiel Z-P:ak Z-P je kladná hodnota, zdroje prevyšujú potreby vôd (možnosťďalších odberov),

ak Z-P je záporná hodnota, je nedostatok vôd (potreby vody možnokryť ďalšími zdrojmi).

Hydroekologické limity

• Stanovenie hydroekologických limitov, resp. hodnoty minimálnehobilančného prietoku, ktorý je nevyhnutný pre zachovanie bioty toku,patrí k veľmi zložitým problémom vodného hospodárstva

• Hydroekologické limity – povoľovanie odberov z povrchovýcha podzemných vôd na závlahy

Orgán štátnej vodnej správy je viazaný pri povoľovaní odberu:

• z vodného toku prietokom vody vo vodnom toku, ktorý ešte umožňujevšeobecné užívanie povrchových vôd a zabezpečuje funkcie vodnéhotoku a zachovanie vodných ekosystémov v ňom (ďalej len "minimálnybilančný prietok"), (Zákon o vodách 364/2004 Z.z.)

• z podzemných vôd hladinou podzemnej vody, ktorá ešte umožňujetrvalo udržateľné využívanie vodných zdrojov a riadnu funkciu vodnýchútvarov s nimi súvisiacich (ďalej len "minimálna hladinapodzemných vôd")

5. Dôsledky klimatickej zmeny nazávlahové hospodárstvo

• Po roku 1987 sa priemery teploty vzduchu výrazne zvýšili ajv strednej Európe a rekordy najvyššej teploty od začiatkupozorovaní na jednotlivých staniciach sa vyskytujú asi 5-krátčastejšie ako rekordy najnižšej teploty.

• Ak aplikujeme na prípravu scenárov mimoriadnych epizódpočasia výstupy modelov všeobecnej cirkulácie atmosféry, takmôžeme reálne predpokladať rast mimoriadne vysokých úhrnovzrážok a rast počtu dní so suchom do roku 2100 až o 50%v porovnaní s podobnými mimoriadnymi epizódami v minulosti.

• Problémy so suchom budú významnejšie na juhu Slovenskaa problémy s intenzívnymi zrážkami vyvolávajúcimi prívalovépovodne predovšetkým v hornatej časti Slovenska (Lapin, 2014).

Časový priebeh 30-ročných kĺzavých priemerov súm potenciálnej evapotranspirácie Eo v Hurbanove za ročné obdobia jar (marec až máj) a leto (jún až august) v období

1951-2010, podľa modelu Komplexnej metódy

Súhrnné dôsledky scenárov sú: • vyššia početnosť výskytu suchých periód vo vegetačnom

období• nerovnomerné rozdelenie zrážok • malé zvýšenie celkového úhrnu zrážok• zvýšenie priemerných teplôt a potencialnej evapotranspirácie • mierny pokles integrálneho obsahu vody v pôdnom horizonte

0 – 100 cm• mierny rast celkovej vlahovej potreby zavlažovaných plodín • regionálne disproporcie v hydrologickej bilancii zdrojov

závlahovej vody a tlak na garancie dodávok závlahovej vody podľa ich priestorového rozloženia, najmä v južných regiónoch Slovenska, kde sú lokalizované rozhodujúce závlahové stavby

Priemerné hodnoty relatívnej evapotranspirácie za vegetačné obdobie

Meteorologická

stanica

1966-

1985

CCCM GISS

2010 2030 2075 2010 2030 2075

Beluša 0,89 0,86 0,87 0,84 0,86 0,86 0,85

Hurbanovo 0,64 0,63 0,64 0,61 0,66 0,67 0,66Jaslovské Bohunice 0,61 0,61 0,62 0,58 0,63 0,63 0,62

Malacky 0,74 0,75 0,75 0,71 0,77 0,78 0,76

Michalovce 0,79 0,76 0,76 0,73 0,80 0,80 0,79

Košice 0,86 0,84 0,81 0,79 0,82 0,84 0,83

Lučenec 0,74 0,73 0,73 0,69 0,73 0,74 0,72

Priemerné deficity evapotranspirácie ET [mm] v referenčnom období

Meteorologická

stanica

1966-

1985

CCCM GISS

2010 2030 2075 2010 2030 2075

Beluša 61 76 75 99 76 76 83

Hurbanovo 225 245 240 275 218 215 225

Jaslovské Bohunice

236 243 239 276 226 222 234

Malacky 147 153 154 185 128 124 139

Michalovce 123 145 143 167 119 119 127

Košice 83 97 114 133 105 94 101

Boľkovce 154 164 162 195 159 154 164

Prognóza potreby závlahovej vody podľa scenára CCCM

Oblasť

Horizont 2010 Horizont 2030 Horizont 2075

m3.ha-1 tis. ha mil. m3 m3. ha-1tis.

hamil .m3 m3. ha-1 tis. ha mil.m3

I. 1 380 160 220,8 1 400 255 357 1 480 325 481II. 1 000 60 60 990 70 69,3 1 050 75 78,75III. 900 15 13,5 950 25 23,75 1 030 35 25,75IV. 1 090 8 8,75 1 130 25 28,25 1 320 35 46,2V. 1 020 7 7,15 1 040 25 26 1 210 30 36,3VI. 400 0 0 430 0 0 430 0 0

Spolu Ø 882 250 310,2 908 400 500 1008 500 668

Kapacita vodného zdroja po mesiacoch rok 2010

• Údaje sú v m3.s-1

• Žltá znamená nedostatok disponibilných zdrojov vody pre závlahy

Povodie mesiac

4 5 6 7 8 9 10

Bodrog 26,85 18,71 9,801 0,383 0,196 3,604 6,140

Hron 6,461 6,042 3,072 1,165 -1,554 0,961 -0,111

Ipeľ 0,763 0,110 -0,686 -0,972 -0,792 -0,053 0,311

Slaná 1,894 3,496 1,480 0,476 0,221 0,549 0,550

Nitra 2,456 0,575 -0,833 -1,018 -1,453 -0,026 0,567

Váh 47,42 17,95 13,64 4,707 -2,042 0,529 -1,365

Morava 30,99 22,93 9,396 3,022 2,013 5,314 3,219

Dunaj 888,5 828,4 824,1 890,8 437,5 276,7 13,6

Bodva -0,005 0,339 0,306 -0,249 -0,299 -0,318 -0,178

Poprad 5,386 6,261 8,239 3,874 2,923 2,137 1,381

Hornád 2,047 3,396 2,024 1,745 1,035 0,126 0,604

Kapacita zdroja po mesiacoch rok 2030

• Údaje sú v m3.s-1

• Žltá znamená nedostatok disponibilných zdrojov vody pre závlahy

Povodie mesiac

4 5 6 7 8 9 10

Bodrog 26,56 17,38 7,691 -1,166 -1,001 3,168 5,928

Hron 5,047 3,980 0,957 -0,321 -3,040 -0,103 -0,886

Ipeľ 0,206 -1,129 -2,023 -2,050 -1,655 -0,331 0,203

Slaná 1,475 2,595 0,409 -0,425 -0,590 0,223 0,415

Nitra 2,294 0,214 -1,223 -1,332 -1,720 -0,107 0,551

Váh 45,73 15,31 10,78 1,890 -4,015 -0,257 -1,722

Morava 30,51 22,21 8,566 2,218 1,363 4,997 3,143

Dunaj 881,8 815,9 811,1 880,3 428,2 272,8 11,2

Kapacita zdroja po mesiacoch rok 2075

• Údaje sú v m3.s-1

• Žltá znamená nedostatok disponibilných zdrojov vody pre závlahy

Povodie mesiac

4 5 6 7 8 9 10

Bodrog 26,40 16,64 6,538 -2,012 -1,654 2,929 5,813

Hron 4,242 2,602 -0,467 -1,190 -3,909 -0,599 -1,126

Ipeľ -0,216 -2,069 -3,036 -2,867 -2,309 -0,543 0,122

Slaná 1,075 1,735 -0,614 -1,285 -1,364 -0,088 0,286

Nitra 2,036 -0,360 -1,841 -1,831 -2,144 -0,236 0,526

Váh 43,66 12,04 7,237 -1,571 -6,459 -1,221 -2,151

Morava 29,94 21,33 7,569 1,254 0,582 4,618 3,051

Dunaj 875,5 804,0 798,4 870,0 419,4 269,4 9,3

6. Adaptačné opatrenia na suchoZachovanie poľnohospodárskej výroby vo vlhkostne

deficitných nížinných oblastiach

• V Európe s ohľadom na klimaticky vývoj sa závlahy prestávajúposudzovať a navrhovať ako intenzifikačný faktorpoľnohospodárskej produkcie, ale ako jej stabilizačný faktorudržateľného rozvoja poľnohospodárstva.

• Plodiny náročné na vodu umiestňované na plochy s vybudovanýmizávlahami s dostatočnými zdrojmi závlahovej vody, plodina išla zavodou a nie voda za plodinou.

• Rozšírenie závlahových sústav v oblastiach s vlhkostnoucharakteristikou ETa / ETp ≤ 60 % a v oblastiach s vlhkostnoucharakteristikou 60 < ETa / ETp ≤ 70 % bude v budúcnosti jednýmz hlavných adaptačných opatrení na zmiernenie negatívnychdôsledkov meniacej sa klímy za podmienky disponibilných zdrojovvody pre závlahy.

Adaptačné opatrenia na suchoZachovanie poľnohospodárskej výroby vo vlhkostne

deficitných nížinných oblastiach

• Takmer 500 tis. ha bude vytvárať veľký tlak na vhodné vodné zdroje.• Nárast celkovej potreby vody pre závlahy o takmer 115 % bude možné

tlmiť zavádzaním nových spôsobov zavlažovania s dôrazom naefektívnosť zavlažovania a šetrenia vody.

• Napriek technickému pokroku v závlahách je pravdepodobné, že potrebyvody poľných plodín budú uspokojené len čiastočne.

• Súčasné uplatňovanie mikrozávlahových systémov, technologiipredstavuje 1 % až 2 % z výmery plôch súčasných závlah.

• Žiadúce je postupne zvyšovať podiel mikrozavlavovych technologi až napodiel 70 % do roku 2075. Zníži sa tlak na zabezpečovanie disponibilnýchvodných zdrojov určených na zavlažovanie.

• Aplikácia prvkov mikrozávlah do rekonštrukcie, resp. modernizácieexistujúcich závlahových stavieb – úspory vody a energie, nižšieinvestičné náklady, než stavba nových.

Adaptačné opatrenia na suchoZachovanie poľnohospodárskej výroby vo vlhkostne

deficitných nížinných oblastiach

• Retardácia podpovrchového odtoku, resp. regulácie hladín podzemnýchvôd. V územiach s vhodnými stanovištnými podmienkami,ovplyvňovaných retardáciou odtoku drenážou, resp. odvodňovacímikanálmi by bolo možné kryť 30 – 50 mm z celkovej potreby závlahovejvody, t.j.15 – 20 %.

• Zvýšiť viacúčelové využívanie rekonštruovaných alebo novobudovanýchsystémov závlah, najmä využívanie fertigácie.

• Realizovať know–how presného poľnohospodárstva aj v oblastizávlahového hospodárstva.

• Prieskumom zavlažovaného územia (DPZÚ) môže prinášať celý radsynergických efektov, ktoré môžu byť úspešným riešením dôsledkovklimatickej zmeny.

• Závlahové stratégie- minimálne účinne závlahové dávky, intenzitapostreku.

• Ďalšie opatrenia biologického, krajinno ekologického charakterupozemkových úprav, ako aj osobitných pestovateľských sústav a sústavobrábania pôdy, protierozna ochrana- vetrolamy.

• Výstavba malých vodných nádrží ako zdroje vody pre závlahy.

Ďakujem za pozornosť